MODULO 4 SPECIE INDICATRICI DI SALUTE AMBIENTALE : I BIOINDICATORI

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1 Progetto Siamo tutti biodiversi? Percorso di autoformazione guidata: approfondimenti scientifici a cura dei ricercatori delle Sezioni scientifiche del Museo Tridentino di Scienze Naturali MODULO 4 SPECIE INDICATRICI DI SALUTE AMBIENTALE : I BIOINDICATORI Dott. Marco Cantonati

2 Caratteristiche ideali di un indicatore biologico ( metrics ) 1. Biologicamente rilevante 2. Socialmente rilevante 3. Sensibile al fattore (di stress) da studiare 4. Ampiamente applicabile a molti fattori di disturbo ed ecosistemi 5. Consente diagnostica dei danni determinati da un particolare impatto (stress ambientale) 6. Misurabile 7. Interpretabile 8. Economico 9. Integrativo, ovvero correlato alla risposta di altre metriche non misurate 10. Disponibilità di dati storici che possano facilitare l interpretazione 11. In grado di anticipare i danni più gravi 12. Di scala appropriata per la gestione del problema studiato 13. Assenza di ridondanza 14. Opportuna scala temporale Modificato da: Simon T.P., 2003 Biological Response Signatures Indicator patterns Using Aquatic Communities. CRC Press. 576 pp.

3 Il monitoraggio ambientale Insieme di attività che hanno lo scopo di verificare l andamento nel tempo di parametri ambientali. Nel comparto delle acque correnti superficiali, l attenzione si è concentrata a lungo solo sugli scarichi (possibili fonti di inquinamento) in termini di limiti di concentrazione di sostanze nocive, senza considerare le caratteristiche e la sensibilità del corpo idrico recettore. Negli ultimi decenni i piani di monitoraggio ambientale non sono programmati esclusivamente su analisi fisico-chimiche e microbiologiche, bensì si considera complessivamente l alterazione degli ecosistemi fluviali attraverso un approccio integrato. E ormai riconosciuta l opportunità e la necessità di integrare, in ambito biologico e, più genericamente, ecosistemico, le informazioni derivanti dallo studio e dalla valutazione di comunità, taxa o specie poste a diversi livelli trofici (Haslam, 1997; Bielli et al., 1999).

4 T rim. 2 Tr im. 3 Tr im. 4 T ri m. E s t O v es t N o rd Le basi per il biomonitoraggio La validità dei sistemi di biomonitoraggio si basa su correlazioni tra variabili ambientali misurate e l abbondanza delle specie. Chamaesiphon fuscus - cianoprocariota Cocconeis placentula - diatomea

5 Precauzioni Quando possibile è importante confermare le osservazioni in natura con esperimenti di laboratorio svolti su colture algali, che permettano di approfondire le conoscenze sulla fisiologia, l autoecologia e la morfogenesi delle specie utilizzate come indicatori.

6 Il periphyton come indicatore della qualità di ambienti acquatici Il periphyton risponde efficacemente e rapidamente a variazioni della qualità dell acqua e quindi dal suo studio è possibile ottenere un considerevole numero di informazioni sulle condizioni ambientali degli ecosistemi acquatici Negli studi di monitoraggio le indagini che utilizzano il periphyton si basano su: misura delle attività funzionali della comunità (uso di indici quali rapporto produzione primaria/respirazione, rapporto di assimilazione, efficienza fotosintetica), su misure di parametri strutturali come la stima della biomassa totale, della sola biomassa autotrofa o, meno frequentemente, sull analisi qualitativa e quantitativa delle specie colonizzatrici.

7 Le diatomee come bioindicatori Sono gli organismi più rappresentativi della componente del periphyton. Su di esse si sono focalizzati gli studi finalizzati alla formulazione di indici che consentono di esprimere valutazioni sul livello di qualità del corpo idrico. Alcuni vantaggi offerti dalle diatomee la tassonomia di questo gruppo è molto studiata molte specie presentano un ampia distribuzione i frustoli silicei si conservano nei sedimenti le diatomee rispondono efficacemente e rapidamente a variazioni della qualità dell acqua e dei sedimenti e dal suo studio è possibile ottenere un considerevole numero di informazioni sulle condizioni ambientali degli ecosistemi acquatici

8 La microalga diatomea delle Dolomiti: Achnanthidium dolomiticum Ricerche del MTSN-MuSe hanno permesso di scoprire e descrivere una specie di microalga diatomea nuova per la scienza: Achnanthidium dolomiticum Lange-Bertalot & Cantonati. Indagini su materiali conservati nelle collezioni MuSe hanno inoltre permesso inoltre di caratterizzare le interessanti caratteristiche distributive ed ecologiche di questa specie, che, scoperta in tre piccole sorgenti del Parco Nazionale delle Dolomiti Bellunesi, è così risultata essere presente anche in sorgenti del Parco Naturale Adamello-Brenta (Trentino) e del Parco delle Prealpi Giulie (Friuli Venezia Giulia), oltre che nel famoso Lago di Tovel delle Dolomiti di Brenta. L analisi comparata dei numerosi dati sui fattori ecologici misurati in questi ambienti ha permesso di delineare chiaramente le preferenze ambientali della nuova specie. Essa è così risultata caratteristica di ambienti acquatici non inquinati e poveri di sali nutritivi (oligotrofi), situati in bacini imbriferi formati prevalentemente da dolomia e caratterizzati da una certa instabilità (piccole sorgenti che vanno in asciutta in inverno, zone delle rive del lago che vanno incontro a prosciugamento nella fase di magra). La diatomea ha inoltre mostrato una chiara preferenza per un ben preciso microhabitat: si sviluppa infatti su muschi e piante acquatiche e solo occasionalmente sui sassi (mai sul sedimento superficiale). Cantonati M. & H. Lange-Bertalot, 2006 Achnanthidium dolomiticum sp. nov. (Bacillariophyta) from oligotrophic mountain springs and lakes fed by dolomite aquifers Journal of Phycology. In press.

9 Location of the 108 springs on the lithological substrates of the Autonomous Province of Trento µg L -1 Sr < >300

10 Achnanthidium dolomiticum Cantonati & Lange-Bertalot Cantonati M. & H. Lange-Bertalot, 2006 Achnanthidium dolomiticum sp. nov. (Bacillariophyta) from oligotrophic mountain springs and lakes fed by dolomite aquifers Journal of Phycology. 42(6): Most characteristic morphological features: narrow, but distinctive fascia, filiform raphe with narrowly spaced central ends and very narrow and straight axial area on the raphe valve, convex shaped rapheless valve, length / width ratio and valve outline. Mainly EPIPHYTIC on bryophytes and aquatic vascular plants in carbonate springs and lakes. Freshwater habitats fed by drainage basins dominated by dolomite lithology with medium mineralization, oligotrophic and affected by seasonal desiccation.

11 Shading conditions in the springs studied shading

12 Geissleria gereckei M. Cantonati & H. Lange-Bertalot (ms name) Most characteristic morphological features: Geissleria gereckei M. Cantonati and H. Lange-Bertalot sp. nov.: The most characteristic morphological features are the valve outline, the size and length / width ratio, and the pattern of the striae around the central area. Epilithic, characteristic of the leaf-litter covered stones of very shaded carbonate mountain springs with very-low discharge (likely to be affected by seasonal desiccation).

13 Le alghe come indicatori nelle acque correnti Dal 1991 si sono svolti tre congressi internazionali dedicati all utilizzo delle alghe per il monitoraggio delle acque correnti: Düsseldorf (1991), Innsbruck (1995), Douai (1997). Scopo principale di questi simposi è la standardizzazione delle metodiche e l affinamento della normativa europea. Indici diatomici sviluppati per le acque correnti inquinamento organico (Differentiating species system; Lange-Bertalot 1978, 1979) stato trofico (Trophic diatom index) saprobic index (Rott et al., 1997) acidificazione (Diatom Assemblage Type Analysis; Coring 1993, 1996) di sensibilità agli inquinanti (IPS, IDG, IBD, EPI-D)

14 Indici di eutrofizzazione/polluzione Sono stati proposti due indici di eutrofizzazione/polluzione (Dell Uomo 1991, 1996) basati su: -alghe macroscopiche: EPI-M = Σ(c*i)/Σc - diatomee: EPI-D = Σ(c*r*i)/Σ c*r i = valore dell indice di sensibilità/tolleranza della specie c = valore di copertura (1 5) o abbondanza r = affidabilità della specie Intervalli di valori di EPI-D e relativo giudizio di qualità Valori dell indice Giudizio di qualità 0,0< EPI-D 1,0 Qualità eccellente 1,0< EPI-D 1,5 Qualità buona 1,5< EPI-D 1,8 Qualità abbastanza buona 1,8< EPI-D 2,0 Inquinamento leggero 2,0< EPI-D 2,2 Inquinamento moderato 2,2< EPI-D 2,5 Inquinamento forte 2,5< EPI-D 3,0 Inquinamento molto forte 3,0< EPI-D 4,0 Ambiente completamente degradato

15 Codice Genere e Specie Autore i r ANOR Amphora normanii Rabenhorst AAFF Achnanthes affinis Grunow CAPS Caloneis silicula (Ehrenberg) Cleve GACU Gomphonema acuminatum Ehrenberg CPLA Cocconeis placentula Ehrenberg GAUG Gomphonema augur Ehrenberg GNOD Gyrosigma nodiferum (Grunow) Reimer CPED Cocconeis pediculus Ehrenberg NMIN Navicula minima Grunow NVEN Navicula veneta Kuetzing NPAL Nitzschia palea (Kuetz.) W. Smith NCPL Nitzschia capitellata Hustedt 4.0 5

16 Interpretazione dei risultati in 5 classi 0.0 < EPI-D < 1.0 qualità ottima 1.0 < EPI-D < 1.7 qualità buona 1.7 < EPI-D < 2.3 qualità mediocre 2.3 < EPI-D < 3.0 qualità cattiva 3.0 < EPI-D < 4.0 qualità pessima

17 In Europa vengono utilizzati vari indici diatomici formulati all origine in scale differenti (0-4, 1-5, 1-10, etc.). Per poterli comparare tra di loro possono essere tutti ricondotti ad una scala La conversione dei valori forniti dall EPI-D in scala 0-4 a quelli in scala 1-20 si effettua con la seguente formula: EPI-D1-20 = (- 4,75 x EPI-D0-4) + 20 N.B.: la trasformazione dei valori da 0-4 a 1-20 nella sottostante tabella è stata effettuata con alcune approssimazioni allo scopo di lasciare i valori soglia come numeri interi. Valori EPI-D1-20 Classe Qualità Colore > EPI-D > 15 I ottima blu 15 > EPI-D > 12 II buona verde 12 > EPI-D > 9 III mediocre giallo 9 > EPI-D > 6 IV cattiva arancione 6 > EPI-D > 1 V pessima rosso

18 Proposta di nuova tabella per l interpretazione dei risultati derivanti dall applicazione dell indice EPI-D, con definizione delle classi intermedie. Valori EPI-D1-20 Classe Qualità Colore 20 EPI-D > 15.5 I ottima blu 15.5 EPI-D > 14.5 I - II 14.5 EPI-D > 12.5 II buona verde 12.5 EPI-D > 11.5 II -III 11.5 EPI-D > 9.5 III mediocre giallo 9.5 EPI-D > 8.5 III -IV 8.5 EPI-D > 6.5 IV cattiva arancione 6.5 EPI-D > 5.5 IV -V 5.5 EPI-D > 1 V pessima rosso

19 le principali problematiche legate all applicazione degli indici diatomici -identificazione sistematica delle specie che presenta un livello di difficoltà decisamente maggiore rispetto a quello presentato dalle macrofite acquatiche e, ancor più, dal macrobenthos. necessità di distinguere, per specie molto vicine dal punto di vista tassonomico, caratteri rilevabili facilmente solo attraverso l uso del microscopio elettronico. Il metodo IBD, secondo gli autori, dovrebbe consentire di superare, almeno in parte, le problematiche derivanti dalla difficoltà di determinazione a livello di specie: infatti, alcune specie difficilmente distinguibili sono state identificate con una stessa denominazione.

20 Sorgenti: diatomee indicatrici di: ambienti con ridotta alcalinità marcate variazioni di portata contenuti in nitrati superiori alla media presenza di contaminanti (rame)

21 Laghi d alta quota valutazione del trofismo con l indice di Hofmann valutazione del rischio di acidificazione

22 Corsi d acqua d alta quota confronto con le comunità di diatomee di analoghi ambienti d alta quota dell Himalaya (Nepal)

23 Conclusioni Le alghe, in particolare le diatomee, sono indicatori molto sensibili delle caratteristiche idrochimiche (in particolare il ph). Nel caso delle diatomee le metodiche sono in un avanzata fase di standardizzazione. E opportuno integrare l informazione desunta dai popolamenti algali con quella ottenuta dallo studio di altri gruppi di organismi, in modo da poter giungere a una valutazione idrobiologica complessiva di un corpo d acqua

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